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深度剖析:大飞机是中国和西方竞争的新战场

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发表于 2017-5-7 17:45:35 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
深度剖析:大飞机是中国和西方竞争的新战场
作者/宁南山



航空器是中国进口的十大工业制品之一,2016年我们花费了203亿美元购买国外的航空器,2016年5月5日,C919大型客机首飞成功,中国终于又进入了一项从未进入的新领域。在和西方的全面产业竞争中,中国在不断的开辟新的战场。


1 / 航空工业是高科技,是典型的白人霸权工业

为了建造自己的大型客机,中国专门成立了中国商用飞机有限责任公司,对中国来说,造出一架能够运送人的大型飞机并不难,例如我们已经在4年前的2013年首飞的运20喷气式大型运输机,最大起飞重量220吨,对比下C919,最大起飞重量只有72.5吨,运20的各种子系统都是国产(发动机用的毛子货,后续会换装国产)。

运20比C919大得多。但是民用和军用完全不一样,军用是考虑战斗力,要保证可靠供应;民用是要考虑经济性,航空公司买你的飞机要容易赚钱,人坐在机舱里面要舒服。

所以搞民用飞机,我们要老老实实向西方学习,当然我们不只是想造出一个大型飞行系统这么简单,以中国人内心的野心和中国的特殊舆论环境,是必须要每个部件都自己造的,中国政府主导和国外成立了16家合资公司,涵盖了大部分飞机核心零部件。大飞机最核心的航电系统,飞控系统,燃油系统,起落架等等,基本都是合资公司研制。发动机则是外购,我们只是做发动机和飞机一体化设计。

值得注意的是,这16家世界顶级航空系统供应商全部都是欧洲和美国的公司,如果我们查看中国商飞所有的48家一级供应商,17家中国本土公司,23家外资或者合资公司,除去1家做客舱乘客广播和显示屏等系统的日本松下航电,其他供应商全部是欧美公司。

这也反映出,航空工业是典型的白人霸权工业。亚洲人虽然在电子工业领域可以说能与欧美半分天下(虽然最核心的操作系统和芯片西方还是绝对优势),但在汽车,航天,航空,医疗制药这些领域还是与西方差距很远。以汽车为例,人们印象中奔驰,宝马,奥迪,保时捷,兰博基尼,法拉利还是比亚洲品牌高出一截。航空工业更是白人高度垄断的产业,亚洲只能作为某些零部件和原材料的供应商。

大型民航客机有上百万个接口,韩国和印度没有制造民航客机的能力,隔壁的日本从2003年开始搞支线客机MRJ,在美国人提供发动机,提供各项适航体系指导,扶持了十几年的情况下,商用时间还要推迟到2020年。研发MRJ的三菱重工,2014年统计团队有10%的欧美研发人员,由于技术原因进度一再推迟后,今年(2017年)准备将研发人员中欧美人员比例提高到30%。

我们需要自豪的是,中国不仅是亚洲唯一已经将支线民航客机(ARJ21)商用的国家,而且现在是亚洲唯一 一个在研发和推进大型民航客机的国家。从这点就可以看出,大型民航客机是不折不扣的高科技。
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 楼主| 发表于 2017-5-7 17:45:59 | 只看该作者
2 / 有钱才能造大飞机

今天C919首飞了,中国网络上关于三十年前下马大型客机运10的争论,到今天仍然在继续。

正方说当年运10是绝大部分自主研发,通过项目极大的提升了中国的飞机制造和设计能力,锻炼了一批队伍,成长出来了一批工程师,不应该下马。

反方说,什么自主研发,发动机之类还不是进口的,以中国当时的工业能力,只能造出一架没有商业竞争力,耗油量高,维护费用高的飞机,同样的发动机,运十的航程只有波音707的一半多点,这种在商业上不成功的飞机,只能让当时本来就没多少业务量的中国航空公司造成极大负担。

正方说,不能这么短视,没有任何新技术新装备是一开始就很有竞争力的,随着时间的发展必然技术能力会很快提高,燃油经济性也会逐渐提升。

反方说,当时中国刚经历文革,本来科研经费就有限,不赚钱的大飞机挤占了有限的科研经费,必然会挤压其他战略项目的投入,看问题要从全局考虑,中国落后的不只有大飞机,当时的国民经济条件,急需的也不是大飞机,例如确定急需的运8就没有下马。

正方说,下马运十导致研发队伍全部解散,研发图纸封存甚至丢失,生产线全部关闭,直接造成之后的二十年只能耗巨资买麦道,波音,空客,造成的损失更大……

反方说,当时中国的经济实力根本没有那么多钱让你烧到一直盈利,反而极大可能影响到急需资金的其他战略产业发展。

其实没有必要争论,当年运十下马,核心的原因还是国家缺钱,自力更生搞研发是毫无疑问正确的,但是自力更生也是要付出高昂代价的。2001年-2016年,国家光是在京东方身上就投了1200亿人民币,而这16年京东方累计盈利才44亿人民币,从前几年开始才真正开始规模盈利,十几年的持续烧钱投入不是穷国能够负担的,没钱就不要玩高科技,你玩不起。

运十的下马非常可惜,但是我们要认识到争论背后的核心,争论的背后本质上是因为中国没钱,运十的总计投入为5.377亿人民币,如果当时的中国是个富国,那么结局可能就会完全不一样。 世界上能造有竞争力的大型民航客机的,美国一个,欧洲一个,中国一个,发现什么规律了吗?GDP总量都在十万亿美元以上,人口规模都在三亿人以上。

日本现在是技术能力不行,先把MRJ支线飞机的研发解决了才有资格谈大飞机。俄罗斯有造大型民航客机的技术吗,当然有,可是他缺钱,以俄罗斯的技术能力,造一架能用的大型民航客机肯定没有问题。

俄罗斯从2002年开始研制中程大型客机MC21,2016年下线,到今天还没有首飞。大型民航客机要想出口是非常困难的,从MC21的设计来看,设计的是180-220座,针对的就是俄罗斯国内市场和前苏联老旧客机市场,而不是像C919一样设计成国际主流的150座,直接和空客波音竞争。

俄罗斯很清楚,自己的国力没有支撑MC21进攻世界市场的能力,MC21的子系统几乎全部从西方采购,俄罗斯根本没有财力建立起支撑MC21的庞大零部件产业链。能够做一架系统集成的飞机,保证国内和前苏联市场供应,保证自己的飞机系统设计能力不中断就是极限了。如果要像中国、欧洲、美国那样搞全球竞争,那么必须要投巨资建立自己的核心零部件研发制造能力,在世界市场盈利之前,必然会有大量的投入和持续的亏损,先不说俄罗斯有没有承受这个长年亏损的能力,就算有,以俄罗斯现在的财力,必然会面对当年中国国内对运十的那种争论,一个国家要是缺钱,就是会有这些问题产生。

而中国就无所谓了,为什么我们敢把第一架C919的国产化率做到50%,难道国家不知道国产化率越高意味着投入的企业数量越多,投入的资金金额越大吗? 没人担心是否能收回成本?这就是我国有钱的优势,庞大的国内市场本身就养得起你,才刚刚首飞的C919就有570架订单,还别说有一个非常有钱的国家在背后撑腰。一个典型的例子是,中国商飞2008年就成立了,到现在都9年了,国家可是纯投入,ARJ21到现在也才商用了一两架。

中国投入的可不只是商飞,还有中航工业等大量国内供应商,全部都在投钱搞子系统研发,C919要到商用最后到盈利估计还要5年10年,可是无所谓,天朝有钱,老子有的是钱,我砸几千亿下去就是要把高科技搞出来。

根据中国商飞官网,2016年商飞员工已经超过了1万人,光是养这个一万人的队伍,其中不乏高级专家,一年工资,社保,住房公积金,宿舍,食堂支出就得10亿以上。中国商飞的200多家国内企业供应商,无一不在投钱搞研发,因为大家都知道,我投的钱一定能赚回来,反正国内市场就够大。赚不回来也没关系,祖国有钱!

实际上,中国商飞的研发队伍里面,还有大约10%不到的外籍人员,光是长期签约的海外高层次人才就有139人。2016年,公司入选高端外国专家项目就有4项31人次。其中上飞院乌克兰籍强度专家谢尔盖·基尔泽克、上飞公司复合材料专家刘卫平获上海市“白玉兰纪念奖”,上飞院乌克兰籍总体气动专家尼古拉·奥洛夫获上海市“白玉兰荣誉奖”

中国现在能一边投钱玩大飞机,还能一边投几千亿玩集成电路,还能一边投资上千亿做显示面板,做汽车,做空间站,做航空母舰······

中国和俄罗斯就像两个小孩,在商场里面发现了大飞机,航母,空间站,显示面板,汽车,大型石化装备等各种玩具,中国小孩就可以任性我全要了带回家,俄罗斯小孩只能无奈的做出割舍与选择。
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 楼主| 发表于 2017-5-7 17:46:08 | 只看该作者
3 / 国产化率与核心自研技术

没有比较就没有伤害,C919副总设计师周贵荣已经说了,飞机的国产化率是50%,这个是怎么算的,实际上没有人知道。举个例子,C919的发动机是外购CFM公司的LEAP发动机,而中国的中航新大洲航空制造公司又是Leap发动机的零部件供应商,供应部分零部件,那么这个LEAP是算完全进口呢,还是95%算进口?很难统计。

总体来说,50%的国产化率,对国内的吃瓜群众来说,这是不能接受的,但是其实一架新飞机能够做到这么高的国产化率,说明中国具有超强的工业能力。我们对比下隔壁的俄罗斯和日本:

1)俄罗斯研发的大飞机MC21,主要零部件和子系统全部是从欧美进口,2014年因为乌克兰危机被制裁,零部件进口被冻结,直接造成飞机研发停滞,一直到2016年美国放松制裁批准出口,MC21才得以下线,而中国则是全部子系统合作研发或者自行开发,主要自己制造为主。另外值得一提,MC21的复合材料机翼,材料是俄国人去买日本TOHO和美国Cytec的碳纤维和树脂,制造则是中国中航工业公司多年前并购的奥地利FACC公司来完成。

2)日本的MRJ支线客机的国产化率,和俄罗斯差不多,甚至可以说更低。不要说发动机,液压系统,模拟器,惯性导航系统,高压管道,燃料系统这些高科技全部是进口欧美的,MRJ连舱门,前档玻璃上的涂料,空调和灭火系统也要从美国进口,甚至连飞行手册都是让瑞典萨博公司帮忙写的。30个主要供应商只有4个来自日本,分别负责机体,轴承,阀门和舱内照明,国产化率应该算多少?4除以30等于13.3%?值得一提,MRJ客机的30个供应商里面同样发现了中航工业公司,飞机的整流罩,扰流板,襟翼都是从中国进口,因为日本大型风洞技术不行,凡是和流体力学相关的东西,缺乏验证能力,直接影响了日本的设计水平薄弱,例如日本新研发的心神战斗机,就要送到法国人那里去吹风验证。

那么C919究竟有哪些自主研发的技术呢?我们和国外成立的16个合资公司,中国的话语权肯定是不一样的,例如做航电系统几个主要系统的昂际光电(不是全部子系统都由昂际做),就是GE公司50%,中航工业50%出资建立,总部设在上海。昂际航电招聘的第一位应届毕业生是2010年从上海交大毕业的李扣生,他回忆说,“那时候办公室只有几十名员工,其中中方员工只有十几位,大部分是外籍专家。” 而到2017年,昂际航电已经发展到接近400人,超过80%是中国本地员工,在这个过程中,我们都可以通过联合研发,提升自己的技术能力。

再比如伊顿上飞公司,负责燃油和管道系统设计开发,中国商飞占股51%,伊顿占股49%,商飞拥有控股权,这项技术我们是一定可以拿到手的。

一、商飞和霍尼韦尔合作研发的飞控系统。其中中国商飞自行研发了C919飞控系统的核心,技术即飞行控制律的算法。霍尼韦尔公司作为飞控系统的供应商,受制于美国法律,在研发过程中只是负责将中国商飞设计好的算法与方案进行功能的实现。当出现故障时,由中国商飞自行定位或更改。受制于美国法律是啥意思呢,呵呵,高科技的飞行控制算法美利坚政府不让卖啊,美国政府干的漂亮!

二、中航电子的子公司上航电器承担了独立研制和批量交付C919控制板组件与调光控制系。统和集成断路器板两个工作包的任务,为C919飞机首飞系统级供应商。可能吃瓜群众又说了,集成断路器还算炫酷,控制板组件也算高科技?还是那句话,对比一下邻居就知道了,控制板组件就是高科技,俄罗斯的MC21是全部外购,日本MRJ客机的座舱控制系统外购自美国Esterline,连服务人员用的控制板也是外购法国Zodiac。

三、航电系统七大子系统中的显示控制子系统是由中航工业无线电电子研究所独立研制。这个子系统本来也是交给国外公司开发,2013年才因为种种原因转由上电所单独研制,这也是C919航电系统的七大子系统中中唯一完全由国内单位开发的子系统。

四、中航工业电子测控所负责飞机电子飞行包、视频检测系统、客舱核心系统及机载娱乐系统。

五、C919 HUD平视显示系统。C919的HUD由中航工业光电研究所研制,HUD又称“平视显示器”,是一种具有世界先进技术水平的机载光学显示系统。它的显示bet222体育投注通过准直光学系统聚焦于飞行员视野前方的无穷远处,使飞行员在整个飞行过程中,始终保持平视状态飞行,不再频繁地低头俯视仪表或抬头关注外界目视参照物,提升飞行安全性。HUD还可以增强飞机低能见度运行能力、降低最小起飞和着陆气象标准。C919飞机的HUD,是国内首个拥有自主知识产权的民用飞机HUD。

六、飞机主动控制技术。新闻里面说C919突破了102项关键技术,其中点名了主动控制技术。飞机的发动机,气动外形,结构三者是互相影响的矛盾体,如何优化得到最优解是个难题,运用主动控制技术可以在设计阶段实现最优设计,大量减轻机身重量,提升结构强度,主动控制技术就是中国商飞自主研发

七、超临界机翼技术。飞机的机翼是“飞机的灵魂”,关乎起飞重量、运营效率和经济性,C919的超临界机翼是目前国际航空设计中最先进的机翼设计,进一步减少5%的飞行阻力,好处是燃油的经济性。为什么说是最先进的机翼,C919的常务副总设计师陈迎春2015年接受记者采访时说:

“当时做机翼设计时,我们集中了国内从事飞机气动专业顶尖100名专家,组成8个队,设计了500多副翼型,在计算的基础上选了8副翼型进行风洞试验验证,从中选出4副进行机翼设计,再组成4个队,按照同一个目标和要求同时开工,拿出第一轮成果后相互评议。在总结四个方案设计的优点后合成一个更好的。在此基础上,再进行验证。最后才确定现在用在飞机上的这1副机翼。这副机翼不仅在国内做试验,还到欧洲(法国、德国、英国、意大利、荷兰)、美国做试验,所有试验的结果均显示,我们飞机的几项重要指标比竞争机型都好,比如升阻比、巡航特性、失速特性、噪声水平、结冰特性等。对此,国内外同行是高度认可的。”

更值得一提,从500多副机翼设计中优选出8副机翼进行风洞试验,前后共计“吹风”次数15000多次,这背后反映出我国强大的航空工业基础能力,我们不像有的国家必须拿到欧美去做风洞实验。

八、先进飞机材料---锂铝合金和钛合金。C919是全球范围内第一架大范围使用铝锂合金的民航大型客机。

2017年5月,新华网记者专访了北研中心多电综合设计专业能力副总师、多电综合研究部技术负责人康元丽,康元丽说,在新材料方面,C919采用铝锂合金、复合材料等先进材料实现飞机减重、增加使用寿命的目标。C919的第三代铝锂合金材料用量达到8.8%,先进复合材料用量达到12%,钛合金用量为9.3%。其中铝锂合金由西南铝业制造,钛合金金属复合材料由宝钛集团有限公司研制。

而C919使用的复合材料主要从美国进口。我们与国际先进水平比较下,波音和空客都已经出产了复合材料用量超过50%的民航飞机。比如Airbus的A350xwb,复合材料用量达到53%,超过了波音787复合材料结构重量比例的50%,连俄罗斯的MC21的复合材料使用量都高达37%。可以明显看出我国飞机复合材料使用率非常低,这是为什么呢?这是为了自主可控。我国航空复合材料技术的进度赶不上C919的进度,目前复合材料技术主要还是在美国和日本手里,为了提高C919的自主可控能力,我国选择大量使用金属材料。

铝锂合金主要用在C919飞机的机身,复合材料主要是用在机翼,但是目前首飞的C919,仍然是金属机翼,庆幸的是,中国商飞北京研发中心在五年前已经开始研发复合材料机翼,将逐步进行替换。

2017年5月,北研中心强度分析技术研究部负责人胡震东研究员接受央视网采访时透露,为了让C919未来更轻,他们已提前布局预先研究C919复合材料机翼,而这一研究成果也将更多地运用到制造业中,有望改变过去全部依赖进口的局面。

目前,首飞的C919飞机采用的是金属机翼,但为了降低结构重量,提高飞行品质,胡震东所在的中国商飞北研中心早在5年前就在北京的未来科技城开展了C919复合材料机翼预先研究工作。在千人计划专家李东升、刘传军、徐吉峰等带领下,一群青年才俊组成了复合材料机翼攻关团队。已经形成了较为全面的复合材料结构设计的准则、方法、验证方案等。目前C919复合材料机翼预先研究的成效是显著的,他们已经做出了目前国内最大的复合材料机翼结构。

胡震东说,过去我国的这类复合材料基本依靠进口,一旦国内航空领域复合材料得到成功应用,将有很强的示范作用,引发原材料、设计、制造等一系列产业的发展,以后将在汽车、建筑、甚至赛艇、羽毛球拍、高尔夫球杆、滑雪板等民用品领域都得到极大的应用。”

九、C919大型工程项目极大的带动了我国工业水平进步。前面已经提到了铝锂合金,钛合金材料,以及航空复合材料,但是光是造出了材料还不行。例如我们造出了机身的先进铝合金材料,然而焊接工艺是个问题,另外焊接需要的设备我国也是空白。

2011年,哈工大先进焊接与连接国家重点实验室主任陈彦宾教授率领科研团队与上飞公司合作承担了“双束光纤激光焊接铝合金机身壁板工艺及装备技术”研制任务。团队经过近4年的努力,突破了铝锂合金双侧光纤激光同步高速焊接工艺、双机器人协调控制、空间焊接轨迹离线编程、大型龙门高速运动精度控制等关键技术。

团队在国际上率先完成铝锂合金激光焊接整体壁板的疲劳损伤容限和结构稳定性评定,研制出首台集成多轴数控与机器人组联动的双光纤激光焊接装备,并于2015年底交付中国商飞上飞公司。请注意两个关键词,世界上最先完成锂铝合金的疲劳稳定性评定,首台双光纤激光焊接设备。
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 楼主| 发表于 2017-5-7 17:46:15 | 只看该作者
4 / 我们不要低估西方压制我们的决心

《21世纪经济报道》在《中国大飞机沉浮30年》中报道了这么一件事,在ARJ-21试飞的时候,因为找结冰试验的那块云,全世界到处飞,怎么也找不到结冰的气候条件。其实,结冰理想的气候条件只在北美五大湖区特定的区域,这点美国联邦航空局一清二楚。所以当我们的飞机最后来到这个区域时,他们甚至都没有到现场。

我是想说,ARJ-21只是一款70座的支线飞机,ARJ飞机基本是直接买欧美供应商的子系统,取得美国适航证尚且要受到如此刁难,实际上现在也没有活动FAA的适航证,而C919的国产化程度比ARJ高的多,子系统都是合资公司共同研发,一定会遭遇欧美的强力阻击和舆论战,这场动了他们蛋糕的战役将是一场艰苦的持久战,我们要做好长期对抗和合作的心理准备。

欧美利用先进的适航体系为借口,阻挡我国民航客机进入世界市场是可以预见的,这也是为什么我国一定要完整的做中国民航适航体系的原因,我们不仅是要做好学生,也要能够做好考官,我们不仅在学习做好学生,也在学习做好考官,这样才能抢占世界航空工业的制高点。

ARJ21原定2009年进入国际市场,因为适航体系问题到现在也无法获得实际国外交付,我国下定决心在ARJ上面完成中国第一次完整的适航体系审查,建立国产适航体系标准。

ARJ21—700飞机是中国首款按国际适航标准研制的支线喷气式客机。2014年岁尾终于完成中国民用航空总局适航审查并获得型号合格证前,5架原型机历经6年5000多小时试飞,是世界上试飞时间最长的一款飞机,适航飞行长达11年,它也成为中国首款按照国际民航规章研制的客机。这个成就同时代表着中国在研制之外,也正式具备大型运输类飞机的适航审查能力。

把我国的民航适航体系建立成为世界标准,不能获得中国的适航体系,那就不能进入中国市场,甚至不能进入世界市场,这也是我们需要达到的目标。
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发表于 2017-5-19 13:28:26 | 只看该作者
文章很好,把运10的来龙去脉说的很清楚。
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